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動力電池CTP結構需要什麼樣的結構膠粘劑?

2022.5.6 新聞中心 05/06 每日一新

NL-062_安仁國際新聞中心
2022年第062期
 

Part 2
CTP 結構用結構膠的性能要求

1. 強度要求

由於整體PACK以及內部結構的可靠性、穩固性來自於結構膠的粘接連接,代替了原有的機械連接方式,因此結構膠的粘接強度及本體強度就要求有比較高的指標,一般要求8 MPa以上甚至更高。

 

這樣高強度的結構膠應用於方形電芯的側面或底面,根據電芯從尺寸及外形不同,一般粘接面積可以達到3000mm2以上,單個電芯粘接力可達24000N以上,有的特殊形狀的方形電芯可以讓粘接面積達到17000mm2,理論上單個電芯粘接力甚至可以達到136000 N以上,較好地滿足電芯直接穩固固定在PACK殼體內的要求。結構膠的強度衡量可以是對接拉伸強度或者是搭接拉剪強度。

 

2. 粘接材質的適應性:PET膜、3003 鋁合金

要想使電芯獲得高的固定粘接力,不僅要有結構膠本身的較高的拉伸強度以及更大的粘接面積,還要有對粘接材質的適應性,以及考慮被粘接材質的本體強度。

 

那麼CTP 結構的動力電池結構膠適用於哪些材質呢?

 

首先看一看方形電芯的材質:方形電池的殼體一般使用3003鋁合金。為了使電芯外殼具有絕緣性,大部分電芯生產廠商採用PET 薄膜包覆或半包覆方形電池的外殼;還有一種是採用絕緣粉末塗料(噴粉)的方式在電芯外殼塗覆一層絕緣塗層,如下圖。

 

這兩種電芯的表面材質以及相對應的PACK殼體或絕緣膜就是結構膠粘接的物件:PET(又稱藍膜)、噴粉塗層(環氧或其他樹脂)及3003鋁合金。

 

由於 PET 藍膜一般採用壓敏膠背膠的方式將PET 藍膜包覆在電芯殼體外, 或者採用熱縮方式套在電芯殼體上,那麼結構膠對於PET藍膜(一般要經過等離子或火焰預處理)的粘接要能夠保證粘接強度大於PET藍膜的背膠與電芯鋁合金殼體的粘接或者能夠達到PET藍膜破壞的強度。

 

對於 3003 鋁合金以及噴粉塗層的粘接, 要能夠達到破壞時的內聚破壞, 換句話說就是粘接膠層的破壞, 而不是粘接膠層與鋁合金或噴粉塗層的介面脫開。

 

3. 彈性(或柔韌性) 要求

動力電池 PACK 裝載於汽車上,行駛中難免會受到顛簸 、衝擊及振動等,電芯的固定粘接也要承受擠壓、剝離、彎曲和疲勞等各種力的考驗。

 

粘接可靠性不僅取決於粘接強度,在受到衝擊振動時,粘接膠層的柔韌性更重要。結構膠的 柔韌性可以從兩個方面來考察。

 

一是斷裂伸長率:斷裂伸長率表徵的是膠粘劑本體在受到外力作用時能夠承受的受力變形能力,更高的斷裂伸長率意味著可以抵禦更大的受力變形。斷裂伸長率達到100%,甚至≥150% 就是這一期望的具體體現。

 

二是彈性模量(儲能模量):值越大,使材料發生一定彈性變形的應力也越大。對於動力電池的電芯粘接可靠性,往往需要進行有限元分析,電腦類比分析時一個重要的輸入指標是模量(或泊松比)。

 

在CTP結構膠的工程應用中,低模量是更期望的特性。結合第一點的強度要求,低模量與高強度是有一定的相互克制的。有公司及一些標準儲能模量(常溫)要求低於800 MPa,甚至個別的結構膠要求低於 300 MPa。